Warum machen Rot, Grün und Blau alle Farben aus?

Warum können Rot-, Grün- und Blaukombinationen alle sichtbaren Farben ausmachen?

Lassen Sie uns daran erinnern, was Licht ist.

Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen sind alle elektromagnetische Strahlung und unterscheiden sich nur durch ihre Frequenz. Zufällig kann das menschliche Auge elektromagnetische Strahlung zwischen ~ 400 nm und ~ 800 nm erfassen, die wir als Licht wahrnehmen. Das 400-nm-Ende wird als violett und das 800-nm-Ende als rot mit den Farben des Regenbogens dazwischen wahrgenommen.

Ein Lichtstrahl kann eine Mischung aus diesen Frequenzen sein. Wenn Licht mit Materie interagiert, werden einige Frequenzen absorbiert, während andere dies möglicherweise nicht tun: Dies ist das, was wir als die Farben der Objekte um uns herum wahrnehmen. Im Gegensatz zum Ohr, das viele Klangfrequenzen unterscheiden kann (wir können einzelne Noten, Stimmen und Instrumente identifizieren, wenn wir einen Song hören), kann das Auge nicht jede einzelne Frequenz unterscheiden. Generell können nur vier Frequenzbereiche erfasst werden (es gibt Ausnahmen wie Daltonismus oder Mutationen).

Dies geschieht in der Netzhaut, wo es verschiedene Arten von Fotorezeptoren gibt . Eine erste Art, " Stäbe " genannt, erkennt die meisten Frequenzen des sichtbaren Lichts, ohne sie auseinanderhalten zu können. Sie sind verantwortlich für unsere Wahrnehmung von Helligkeit.

Eine zweite Art von Fotorezeptoren, die " Zapfen " genannt werden, gibt es in drei Spezialisierungen. Sie erkennen einen engeren Frequenzbereich, und einige von ihnen reagieren empfindlicher auf die Frequenzen um Rot, einige auf die Frequenzen um Grün und die letzten auf die Frequenzen um Blau.

Da sie einen Frequenzbereich erkennen , können sie den Unterschied zwischen zwei Frequenzen innerhalb dieses Bereichs nicht feststellen und sie können auch den Unterschied zwischen einem monochromatischen Licht und einer Mischung von Frequenzen innerhalb dieses Bereichs nicht feststellen. Das visuelle System verfügt nur über die Eingänge dieser drei Detektoren und rekonstruiert mit ihnen eine Farbwahrnehmung.

Aus diesem Grund kann das Auge den Unterschied zwischen einem weißen Licht, das aus allen Frequenzen des sichtbaren Lichts besteht, und der einfachen Mischung von nur rotem, grünem und blauem Licht nicht erkennen. Mit nur drei Farben können wir also die meisten Farben rekonstruieren, die wir sehen können.

Übrigens sind Stäbchen viel empfindlicher als Zapfen, und deshalb nehmen wir in der Nacht keine Farben wahr.

Sie tun es nicht.

Das Problem mit den Diagrammen, die den sichtbaren und den RGB-Farbraum darstellen, besteht darin, dass sie auf RGB-Displays dargestellt werden. Sie können Ihnen offensichtlich nicht zeigen, was sie Ihnen nicht zeigen können: den Bereich innerhalb der Parabel, aber außerhalb des Dreiecks.

Der Bereich außerhalb des Dreiecks kann nicht korrekt auf Ihrem Bildschirm angezeigt werden. Beispielsweise kann RGB kein echtes, tiefes Cyan anzeigen. Alles, was Sie sehen, ist eine Annäherung mit Grün und Blau. Einige Diagramme versuchen es nicht einmal und zeigen nur einen grauen Bereich:

Um zu sehen, wie Cyan aussehen kann, können Sie den weißen Punkt auf dieser Zeichnung mindestens 30 Sekunden lang anstarren (2 Minuten werden empfohlen) und dann Ihren Kopf langsam in Richtung einer weißen Wand bewegen:

Ebenso können RGB-Displays keine tiefen, gesättigten Orangen- oder Brauntöne anzeigen.

Menschen sind trichrom, was bedeutet, dass wir drei verschiedene Arten von Farbrezeptoren haben (besser bekannt als Kegelzellen ), von denen jeder für einen anderen Satz von Wellenlängen empfindlich ist:

Bildquelle: Wikipedia

Es sind also nur drei verschiedene monochromatische Reize erforderlich, um unser Auge in die Irre zu führen, dass es eine Farbe sieht, die der anderen gleicht. Rot, Grün und Blau passen gut zu den Spitzen der Frequenzgangkurven jedes Farbrezeptortyps.

Eine weitere Sache: "Violett" und "Lila" sind nicht die gleiche Farbe. Violett ist eine reine Farbe um 400 nm; aber lila ist eine kombination von rot und blau. Für unsere nicht ganz perfekten menschlichen Augen sehen sie gleich aus.

Wenn Sie einen Strahl von reinem Violett durch ein dreieckiges Prisma leiten, wird das Licht gebogen, aber nicht in Komponenten aufgeteilt. Wenn Sie dann einen violetten Strahl durch dasselbe Prisma strahlen lassen, wird dieser in einen blauen und einen roten Strahl mit unterschiedlich starker "Biegung" unterteilt.

Sie tun es nicht. Abgesehen von dem, was andere über die physikalischen Gründe gesagt haben, ist es vom Standpunkt der praktischen Computergrafik aus nicht ausreichend, entweder Oberflächenpigmente oder Lichtquellen mit RGB-Farbe darzustellen, um die farbige Beleuchtung einer Szene zu modellieren. Zum Beispiel gibt es keine Möglichkeit, ein Material darzustellen, das nur in einem schmalen Band durchscheinend oder reflektierend ist. Sie können nur die Lichtdurchlässigkeit oder das Reflexionsvermögen breiter Bänder darstellen, die in etwa dem entsprechen, was die roten, grünen und blauen Kegel im menschlichen Auge aufnehmen. Dies ist tatsächlich wichtig für viele reale Farben in der Pink / Lila / Violett-Familie, die unter verschiedenen Lichtarten radikal anders aussehen, sogar für unterschiedliches "weißes" Licht, das bei Betrachtung auf einer weißen Oberfläche identisch aussieht.